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Vantaggi della saldatrice a ultrasuoni servoassistita

Autori:

Miranda Marcus

Vantaggi della saldatrice a ultrasuoni servoassistita

La saldatura a ultrasuoni è uno dei processi più utilizzati per l'incollaggio dei polimeri, apprezzato per la sua velocità, flessibilità e basso costo. Di recente è stata avvertita la necessità di processi di saldatura a ultrasuoni più controllati e coerenti, poiché i progetti dei pezzi diventano più complessi e i requisiti più severi.  Si avverte anche l'esigenza di pezzi robusti, dimensionalmente coerenti e con una buona estetica.  Il processo utilizzato per soddisfare queste crescenti esigenze deve essere coerente e ripetibile nel tempo. Dukane ha lavorato per soddisfare questa esigenza sviluppando una nuova saldatrice a ultrasuoni servoassistita della serie iQ con tecnologia Melt-Match®.

Nel processo di saldatura a ultrasuoni, ci sono tre variabili di processo fondamentali che hanno un effetto diretto sulla qualità della saldatura: ampiezza, forza e durata. Il primo di questi parametri, l'ampiezza, è stato a lungo controllato attraverso la selezione della frequenza, la progettazione di un horn-booster e la modulazione dell'ingresso elettrico al trasduttore. Il secondo di questi parametri, la durata, poteva essere controllato solo impostando un tempo di saldatura specifico, per 50 anni. Nel 1988 questo aspetto è stato rivoluzionato dallo sviluppo da parte di Dukane della saldatura a distanza, che ha permesso di migliorare notevolmente la risoluzione dei problemi e il controllo del processo.

Recentemente, con la saldatrice a ultrasuoni servoassistita di Dukane, nel 2009, è stato introdotto un nuovo metodo preciso di controllo della forza. Questo nuovo sviluppo consente un controllo completo del terzo parametro che definisce la saldatura a ultrasuoni, la forza. Negli ultimi anni sono state condotte numerose ricerche con la nuova saldatrice a ultrasuoni servoassistita. Ognuno di questi studi sperimentali ha dimostrato i vantaggi unici dell'utilizzo di saldatrici a ultrasuoni servo-guidate.

Stiamo entrando in una nuova entusiasmante era della saldatura a ultrasuoni.  La saldatrice a ultrasuoni servo-guidata di Dukane offre un controllo del processo superiore a quanto mai possibile in precedenza, consentendo la saldatura di applicazioni ancora più complesse e impegnative.

Controllo del processo

È noto da tempo che un migliore controllo del processo porta a una migliore qualità e consistenza dei pezzi. Come ha osservato Robert Leaversuch nel 2002, "nel settore automobilistico, medico e in altri settori esigenti, l'uso di controlli avanzati è fondamentale per soddisfare i severi requisiti di qualità" [G]. In questo, come in molti altri settori, le saldatrici servoassistite sono al "vertice della catena alimentare della capacità di processo" [F]. Poiché tutte le impostazioni di processo sono controllate elettronicamente, è facile passare da una saldatrice all'altra [I]. Inoltre, questo semplifica notevolmente i processi di calibrazione e convalida.  La saldatrice a ultrasuoni servoassistita di Dukane facilita ulteriormente l'ottimizzazione del processo, consentendo di esportare tutti i dati di saldatura in formati che possono essere facilmente importati in Excel o Minitab per l'analisi [E]. I dati prodotti dal generatore sotto forma di grafici o di dati di saldatura sono molto utili per l'ottimizzazione del processo e la risoluzione dei problemi [H]. In poche parole, i servosaldatori "sottraggono il controllo del processo alla plastica" [F].

Precisione e ripetibilità

È stato dimostrato che la servo-saldatrice produce risultati più ripetibili attraverso diversi metodi di valutazione.  Uno studio condotto presso Value Plastics, un produttore di accoppiatori e componenti stampati di precisione per vari settori, tra cui quello medicale, ha dimostrato che la servo-saldatrice ha prodotto saldature ermetiche molto più consistenti (misurate in base al decadimento della pressione) con una deviazione standard dello 0,4% rispetto al 2,9% di una saldatrice pneumatica [A].

Sistema di servo pressatura a ultrasuoni a 15 kHz

La saldatrice a ultrasuoni servoassistita offre inoltre "un'eccellente ripetibilità della distanza di collasso da un pezzo all'altro" [B]. In un sistema pneumatico esiste un limite alla velocità con cui l'aria può uscire dal cilindro, impedendo bruschi cambiamenti di velocità e riducendo il controllo della distanza. La saldatrice a ultrasuoni servoassistita di Dukane può accelerare fino a una velocità di 1270 mm/s², consentendo variazioni di velocità quasi istantanee durante le fasi di saldatura e di mantenimento [I]. Uno studio iniziale sulla saldatrice a ultrasuoni servoassistita nel 2009 ha dimostrato che la saldatrice servoassistita era in grado di ottenere una deviazione standard dell'1,1% nella distanza di collasso misurata, rispetto al 3,9% ottenuto con la saldatrice pneumatica [C]. Value Plastics è riuscita a ottenere una deviazione standard di collasso dello 0,9% nella produzione utilizzando la saldatrice a ultrasuoni servo-guidata di Dukane [I].

Altri studi hanno dimostrato che l'uso della tecnologia a ultrasuoni servoassistiti produce pezzi con una resistenza di saldatura più ripetibile.  La sperimentazione condotta presso l'Ohio State University ha dimostrato una deviazione standard della forza di saldatura del 5,1% quando si utilizza la saldatrice a ultrasuoni servoassistita di Dukane, rispetto al 9,4% di una saldatrice pneumatica [D]. Presso l'Università di Scienze Applicate di Turku, in Finlandia, gli esperimenti hanno dimostrato che la deviazione standard della resistenza della saldatura può essere dimezzata quando si passa da una saldatrice pneumatica a una saldatrice servo-guidata su pezzi con giunzioni a taglio.

È evidente che la tecnologia a ultrasuoni servoassistita offre una maggiore ripetibilità, accuratezza di misura e precisione. Questa maggiore coerenza sarà necessaria quando i prodotti diventeranno sempre più complessi.

Forza della saldatura

Oltre alla maggiore ripetibilità, numerosi studi hanno dimostrato che le saldatrici a ultrasuoni servoassistite producono pezzi con una maggiore resistenza di saldatura rispetto a quelli prodotti con saldatrici pneumatiche [1, 2, 6, 8]. Anche in circostanze non ideali (come la presenza di grasso nel giunto o il danneggiamento del direttore di energia), i servo-saldatori sono stati in grado di creare legami più forti rispetto ai saldatori pneumatici [F]. La tecnologia servo si è dimostrata in grado di offrire una maggiore tolleranza alle variazioni del pezzo, consentendo una maggiore resistenza della saldatura, come dimostrato dalle fratture che si verificano nel materiale sfuso anziché nel giunto, come accadeva con la saldatura pneumatica [A].

La sperimentazione condotta presso un'università finlandese ha dimostrato che i pezzi saldati con la saldatrice a ultrasuoni servoassistita di Dukane erano più resistenti del 19,1% quando si utilizzava un giunto a taglio e del 21,4% quando si utilizzava un direttore di energia rispetto ai pezzi saldati con una saldatrice pneumatica [E]. Nel primo studio condotto da Dukane sulla nuova saldatrice servoassistita, la resistenza della saldatura è risultata superiore del 16,7% rispetto ai campioni saldati pneumaticamente [C]. Anche con solo il 59% dell'energia immessa, i pezzi saldati con la saldatrice a ultrasuoni servoassistita di Dukane sono risultati più ermetici di quelli saldati con una saldatrice pneumatica [A].

Riferimenti

A. M. Marcus, K. Holt, A. Mendes. "Benefici della saldatrice servo-ultrasonica per l'industria medica - Un caso di studio" ANTEC 2012.

B. A. Benatar. "Saldatura a ultrasuoni servo-guidata di materiali termoplastici semicristallini" 39° Simposio annuale dell'Associazione dell'Industria degli Ultrasuoni. Cambridge, MA. 2010.

C. M. Marcus, P. Golko, S. Lester, L. Klinstein. "Confronto tra una saldatrice a ultrasuoni servoassistita e una saldatrice a ultrasuoni pneumatica standard" ANTEC 2009.

D. A. Mokhtarzadeh e A. Benatar. "Confronto tra la saldatura a ultrasuoni servoassistita e pneumatica di giunti a taglio in HDPE" ANTEC 2011.

E. H. Turunen. "Saldatura a ultrasuoni per materie plastiche" Tesi di laurea, Università di Scienze Applicate di Turku, Finlandia. 2011.

F. T. Kirkland. "Saldatura a ultrasuoni: La necessità di controllare la velocità" Decorazione di materie plastiche. Luglio/agosto 2012.

G. R. Leaversuch. "Come usare quei fantastici controlli per la saldatura a ultrasuoni" Tecnologia delle materie plastiche. Ottobre 2002.

H. M. Knights. "L'analisi grafica aiuta a trovare e risolvere i problemi di saldatura a ultrasuoni", Tecnologia delle materie plastiche. Settembre 2005

I. P. Golko. "Aumento delle prestazioni, della velocità e dell'economia con la saldatura servo-controllata" Tecnologia delle materie plastiche. Agosto 2011

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